Techniques et matériaux pour des soudures étanches en bâtiment

Pour rappel, le soudage est un assemblage permanent de deux pièces ou de deux éléments de même nature afin d’assurer durablement la continuité de la matière. Le soudage peut être réalisé via des technologies différentes pour assembler des pièces métalliques, des éléments plastiques ou des pièces en bois. Il faut ici rappeler que les techniques d’assemblage par adhésion (colle) et par brasage (apport de matériau externe chaud pour assurer la liaison), ne relèvent pas du domaine du soudage proprement dit.

Objectif : obtenir une soudure hermétique

En fonction de l’usage auxquels ils sont destinés, les assemblages de métaux ou de plastiques peuvent avoir une obligation d’étanchéité. La fonction étanchéité est au cœur des préoccupations actuelles visant à réduire les niveaux d'émissions en fonctionnement normal et les risques de fuite accidentelle, pour des raisons sécuritaires, environnementales et économiques. Un matériau d'étanchéité Il s'agit d'un système ou d'un produit conçu pour empêcher le passage de l'eau liquide à travers un élément de construction.

Les technologies permettant de réaliser des soudures hermétiques dépendent de la nature des matériaux à assembler. Dans les faits seuls les thermoplastiques sont dotés des caractéristiques techniques permettant de réaliser des soudures à la fois résistantes et durables. Seules les techniques de soudage par haute fréquence et de soudage par ultrasons permettent via l’agitation moléculaire de fusionner les « lèvres » ou « bordures » des pièces ou des éléments à assembler.

Soudures pour pièces métalliques : choix des procédés

Il est possible de faire une soudure étanche au chalumeau (311), à électrode enrobée (111), au TIG (141), au MIG (131), au MAG (135), à l'arc sous flux solide (121). Le procédé employé influence la continuité des efforts transmissibles et la qualité du cordon en plusieurs passes.

Le soudage des métaux concerne de nombreux secteurs professionnels, en atelier comme sur chantier. Le procédé de soudage le plus répandu consiste à utiliser un arc électrique comme source d’énergie (soudage à l’arc électrique). Le soudage à l'arc électrique utilise l'énergie thermique d'un arc généré entre une électrode et une pièce pour fusionner les métaux sous protection gazeuse ou flux. La qualité de l’assemblage dépend de la stabilité de l'arc et du réglage précis des paramètres électriques.

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Procédés à électrode non fusible et fusible

• Soudage TIG (Tungsten Inert Gas) : Le soudage TIG (Tungsten Inert Gas) est réputé pour sa précision et son contrôle, ce qui en fait la méthode privilégiée pour les soudures de haute qualité sur une large gamme de métaux. En soudage TIG, le choix de la polarité (directe DC-, inverse DC+ ou courant alternatif AC) est déterminé par le matériau.
• MIG / MAG : Le soudage MIG (Metal Inert Gas) et MAG (Metal Active Gas) est un procédé efficace et polyvalent qui utilise un fil-électrode continu et un gaz de protection. Le procédé MIG utilise généralement des gaz inertes comme l'argon ou l'hélium. Le procédé MAG, particulièrement efficace pour le soudage de l'acier, utilise des gaz actifs comme le dioxyde de carbone ou des mélanges à base d'argon.
• Soudage plasma : Le soudage plasma constitue une évolution technologique du procédé TIG, dont il se distingue par un arc mécaniquement confiné dans une tuyère de faible diamètre, augmentant la densité énergétique et permettant d'atteindre des vitesses de soudage nettement supérieures.
• Soudage à l'arc avec électrode enrobée (SMAW) : Le soudage à l’arc avec électrode enrobée est une des techniques usuelles ; il permet de travailler dans différentes positions et environnements, y compris à l’extérieur et dans des conditions difficiles.
• Soudage à l'arc submergé : Le procédé repose sur un fil électrode continu et un couvert de flux en poudre qui protège et constitue un laitier pour la zone à souder ; il s'effectue normalement en mode automatique ou semi-automatique.

Si vous avez un poste TIG il faut le préférer au MIG MAG car l'apport de métal au TIG est dissocié de la source de chaleur ce qui permet un meilleur contrôle de la fusion. Le MIG MAG c'est le procédé idéal pour les collages blanc (indétectables) même à la radio, le cordon est très beau mais en dessous c'est la catastrophe. Ce procédé permet de souder vite mais s'il est interdit pour les applications à risques ce n'est pas par hasard!

Ce procédé demande donc une très bonne maitrise pour que les soudures soit étanches, ce qui dépasse les compétences de la plus part des bricoleurs, de plus il n'est pas vraiment idéal pour les petits diamètres. Pour de petits diamètres il vaut donc mieux utiliser le TIG ou le chalumeau avec lequel on a peut-être plus de temps pour réfléchir. Pour le gros (à partir du 60,3mm) l'électrode enrobée c'est tout de même plus rapide et moins couteux en consommable.

Soudage à la flamme et brasage

Le soudage à la flamme se décline selon 3 procédés distincts : le soudage oxyacétylénique, le brasage et le soudobrasage. Le soudage oxyacétylénique utilise la combustion d'un mélange d'oxygène et d'acétylène pour générer une flamme atteignant environ 3 200 °C. Ce procédé permet de chauffer les pièces jusqu'à leur fusion, avec ou sans ajout de métal d'apport.

Le brasage consiste à assembler des pièces avec un métal d'apport dont la température de fusion est inférieure à celle des pièces à assembler. Le métal d'apport pénètre par capillarité entre les pièces à assembler, offrant un joint solide et étanche sans faire fondre les matériaux de base. On différencie le brasage tendre (température < 450 °C) du brasage fort (> 450 °C), ce dernier offrant une meilleure résistance mécanique.

Soudures pour pièces plastiques : techniques adaptées

Les matières plastiques se présentent sous différentes formes (rigides, semi-rigides, souples…) et possèdent des caractéristiques très différentes selon qu’ils relèvent de la catégorie des thermoplastiques, de la catégorie des thermodurcissables ou de la catégorie des élastomères. Ces différentes catégories de plastiques possèdent des caractéristiques thermiques et chimiques très différentes qui permettent ou non de réaliser un assemblage par soudage.

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Les plastiques pouvant être assemblés par soudage et le plus fréquemment utilisés dans de nombreux secteurs d’activités sont les suivants : Le PS ou Polystyrène, Le PP ou Polypropylène, Le PET ou Polytéréphtalate d’Éthylène, Le PVC ou Polychlorure de Vinyle. Dès lors qu’il est question de soudage d’éléments thermoplastiques dans le but d’obtenir une soudure hermétique, le choix de la technique de soudage revêt une importance particulière.

Il existe quatre techniques principales pour assurer l'assemblage de plastiques rigides ou de plastiques souples, du moment qu'ils appartiennent à la famille des thermoplastiques :

1. le soudage à froid ou collage (assemblage des éléments à l’aide d’une résine époxy ou d’un mastic, ou encore de colles qui sont constituées de particules ou de fibres en suspension assurant ainsi la solidité de la soudure) ;
2. le brasage (assemblage par chauffage des éléments avec apport de matière sous forme d’une baguette de matériau ayant une température inférieure à celle des pièces à souder en utilisant un décapeur thermique ou un pistolet à air chaud) ;
3. le soudage haute fréquence par électrode (assemblage des éléments en utilisant un champ électromagnétique d’une fréquence de 27,12 MHz, créé par un générateur et diffusé par une ou diverses électrodes à travers les surfaces à souder sans contact physique) ;
4. le soudage ultrasons par transducteur (assemblage des éléments en utilisant un courant électrique généré par un transducteur et d’une fréquence de l’ordre de 20 à 70 kHz, entraînant des oscillations puis des vibrations par contact direct avec les surfaces à souder).

Afin d’assembler des pièces ou des ensembles thermoplastiques avec des soudures hermétiques, il est nécessaire de modifier l’état de la matière. Seules les techniques de soudage par haute fréquence et de soudage par ultrasons permettent via l’agitation moléculaire de fusionner les « lèvres » ou « bordures » des pièces ou des éléments à assembler.

Soudage du bois et autres matériaux

Pour les pièces en bois, la seule technique d’assemblage existante est le soudage par friction (frottement des pièces l’une contre l’autre en appliquant une certaine pression), entraînant une réaction moléculaire de la lignine qui créé la soudure.

Paramètres pratiques pour garantir l’étanchéité

Il faut connaitre impérativement l'épaisseur de votre tube, cela permet un premier réglage théorique de l'ampérage du poste à souder. Ici je conseille 30 ampères par mm. Pour ma part sur du tube "noir" soudé au Tig je "blanchis" toutes les extrémités à souder: il s'agit d'enlever la calamine, intérieur et extérieur afin d'évider les impuretés dans le bain de fusion.

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- pour 2mm et moins, petit chanfrein et montage bout à bout. - pour les épaisseurs supérieures chanfrein prononcé avec "talon" et laisser du jour entre les tubes. Il est possible de faire une soudure étanche au chalumeau (311), à électrode enrobée (111), au TIG (141), au MIG (131), au MAG (135), à l'arc sous flux solide (121). Et surtout ne pas les coller avec le métal d'apport et après il faut une bonne pénétration pour assurer la résistance du tout (pour du 20/27 vous pouvez écarter de 1mm les deux pièces).

Quand à la manière de souder au tig, une formation est nécessaire pour maitriser les bases. Il faut bien faire fusionner vos reprises et ne pas hésiter à faire plusieurs passes. Pour ma part sur du tube "noir" soudé au Tig je "blanchis" toutes les extrémités à souder: il s'agit d'enlever la calamine, intérieur et extérieur afin d'évider les impuretés dans le bain de fusion.

Recommandations selon le diamètre

• Pour du 20/27 je choisirai le Tig. Le MIG MAG n'est pas vraiment idéal pour les petits diamètres.
• Pour le gros (à partir du 60,3 mm) l'électrode enrobée c'est tout de même plus rapide et moins couteux en consommable.

Qualité, métallurgie et sécurité

L'exécution des structures en acier fait l'objet d'une norme dédiée, la NF EN 1090-2. Le soudage constitue un procédé essentiel dans de nombreuses disciplines du bâtiment, notamment pour la réparation, l’assemblage et la modification de structures métalliques. Le soudage des métaux permet d’assembler deux éléments métalliques de même nature en portant leurs bords à la température de fusion grâce à une source d’énergie.

La métallurgie du cordon, les grains communs lors du refroidissement, la zone affectée thermiquement (ZAT) et la séparation des plats qui se recouvrent sont des éléments importants à prendre en compte. Une mauvaise maîtrise peut dés lors acquérir un comportement fragile. La compression dans le métal de base peut être diminuée si le refroidissement est lent et uniforme.

Le soudage peut présenter de multiples risques pour la santé et la sécurité des travailleurs : intoxication, brûlures, lésions oculaires et auditives... L’exposition aux fumées de soudage constitue un risque majeur pour les soudeurs mais également pour les personnes qui travaillent à proximité. Les manutentions mécaniques et manuelles, les glissades et trébuchements ainsi que les chutes de hauteur constituent les causes d’accidents les plus fréquentes.

Tout employeur est responsable de la santé et de la sécurité de ses employés. Elles doivent être adaptées aux procédés et aux matériaux utilisés mais également au lieu de travail (atelier, chantier, espace confiné). la mise en place, en complément, d’une ventilation générale.

Matériaux d'étanchéité complémentaires pour le bâtiment

Les membranes d'étanchéité, qu'elles soient bitumineuses ou synthétiques (comme les membranes en bitume, en EPDM ou en PVC), constituent depuis des années une référence pour les toitures et terrasses. Leur application consiste à coller le rouleau d'étanchéité à la surface à l'aide de flammes ou d'air chaud, puis à assembler les lés par recouvrement et soudure. À côté des membranes préfabriquées, on trouve les systèmes cimentaires : Il s'agit de mélanges à base de ciment et de polymères, principalement utilisés sous les revêtements de sol ou dans les environnements intérieurs humides.

Résumé des procédés adaptés selon matériau

Lorsque l'on assemble des métaux de même nature, on parle de soudage autogène. Le soudage autogène est un procédé d’assemblage utilisant la fusion pour souder deux ou plusieurs pièces, sans utiliser de produit d’apport. L’apport de métal, lorsqu’il est utilisé, intervient pour créer le cordon de soudure et peut être apporté lors du procédé de soudage pour créer le cordon de soudure.

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